A vákuumbeli fénysebesség az egyik alapvető fizikai állandó, az elektromágneses hullámok terjedési sebessége. Pontos értéke[* 1] 299 792 458 m/s minden vonatkoztatási rendszerben.[1] Jele: c (a latin celeritas, „sebesség” szóból). Jelenlegi ismereteink szerint semmilyen hatás nem terjedhet gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél. Értékét 1975-ben rögzítették az SI-mértékegységrendszer számára.[2] Alapvető természeti állandó; értékének nincs mérési bizonytalansága (ún. konvencionális valódi érték). Ezért a vonatkozó táblázatban az exact szó szerepel.[3]

A napfénynek 8 perc és 17 másodperc kell, hogy megtegye a Nap és a Föld közötti átlagos távolságot

A fénysebesség a számítások szempontjából – a Lorentz-transzformációval szembeni transzformációs tulajdonságai alapján – négyesskalár, akárcsak a nyugalmi tömeg.

A fény sebessége anyagi közegekben kisebb a vákuumbelinél. A vákuumbeli és a közegbeli sebesség hányadosával definiálják a közegre jellemző abszolút törésmutatót:

,

ahol

: a vákuumbeli,
: a közegbeli fénysebesség.


Vákuumban a fény terjedési sebessége meghatározható a következő összefüggés alapján:[4]

,

ahol

: a vákuum permittivitása (vákuum dielektromos állandó)
: a vákuum mágneses permeabilitása
 
A Fizeau-készülék vázlatos rajza

A fénysebesség mérését többen megkísérelték, egyik első közülük Galilei volt, aki két távoli hegycsúcson egy-egy lámpást helyezett el. A kísérletben először Galilei nyitotta ki lámpásának ablakát, és mikor a segítője a másik hegycsúcson megpillantotta a fényt, ő is kinyitotta a sajátját. Galilei a kísérletet különböző távolságokkal megismételte, de nem kapott eltérést, így rájött, hogy a mért idő jelentős részét az emberi reakcióidő teszi ki. Annyit megállapított, hogy a fény sebessége igen nagy. Mások úgy próbálták elvégezni a mérést, hogy egy éjszaka elsütött ágyú fényének egy távoli tükörről visszaverődését figyelték. A kísérlet szintén csak annyi eredményt hozott, hogy a fénysebesség igen nagy.

Az egyik legkorábbi értékelhető mérést Ole Rømer dán fizikus végezte 1676-ban. A Jupiter egyik holdját, az Iót figyelte meg távcsővel, és eltéréseket vett észre az Io keringési periódusában. Rømer az eltérésekből 227 000 kilométer per másodperc értéket kapott.

1729-ben James Bradley az aberráció jelenségével már 1% pontossággal határozta meg a fénysebességet. Ennek lényege, hogy ha a (hosszúkás) távcső a bejövő fénysugárra merőlegesen mozog, akkor a távcsövet nem pontosan a fénysugár irányába kell beállítani, hanem attól kissé ferdén.

Az első sikeres mérés, amely csak földi tárgyakat használt, Hippolyte Fizeau mérése volt 1849-ben. Fizeau fénysugarakat irányított egy 8,6 kilométerre levő tükörre, és egy fogaskereket helyezett a fény útjába, melyen a fény oda-vissza áthaladt. Ha áll a kerék, akkor visszatér a fény ugyanazon a fogközön. Növelve a fordulatszámot, a fogközön átmenő fény visszatérve fogra esik, tovább növelve már a következő fogközön tud áthaladni, vagyis egyenletesen növelve a fordulatszámot a fény felváltva átjut, illetve nem jut át. Ha ismerjük a távolságot és a fordulatszámokat, akkor a fény sebessége kiszámítható. Ő akkor 313 000 kilométer per másodpercet kapott.

Albert A. Michelson 1926-ban forgó tükrök használatával korrigálta mérését, azt az időt mérve, amely a kaliforniai Wilson-hegy és a San Antonio-hegy távolság oda-vissza megtételéhez szükséges. A precíz méréssel 299 796 km/s-ot kapott. A hétköznapi életben gyakran használjuk a 300 000 km/s értéket.

A fénysebességen alapuló méter

szerkesztés

Bay Zoltán javasolta 1965-ben, hogy a távolságegységet, a métert alapozzuk a pontosabban mérhető időegységre és a fénysebességre. Szakirodalmi kutatásokat végzett a fénysebesség állandóságával kapcsolatban. 1983-ban az Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia Párizsban tartotta 17. ülését, ahol elfogadták az egységes rendszert, és a következő megállapodást fogalmazták meg:

A méter a fény által a vákuumban a másodperc 1/299 792 458-ad része alatt megtett út hossza.

Ezt megerősítette a 24. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia 2011-ben.[5] A 26. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia értelmében a méter új meghatározást kapott, amely így hangzik: a méter az az úthossz, amelyet vákuumban a fény 1/299 792 458 másodperc alatt megtesz; a méter meghatározása következésképp a fénysebességen alapul. Ehhez meg kellett határozni a másodpercet is, amely a cézium atomóra frekvenciájának ismeretében határozható meg.

Megjegyzések

szerkesztés
  1. Az alapvető fizikai állandók mérési bizonytalansága nulla, tehát végtelenül pontos értékűek. Ez azért szükséges, mert más állandókat, vagy fizikai mennyiségeket vezetnek le belőlük.
  1. The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty. NIST. [2017. november 12-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. október 15.)
  2. BIPM - Résolution 2 de la 15e CGPM. bipm.org, 2011. [2011. június 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. május 11.) A 15. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia 2. számú döntése
  3. speed of light in vacuum. physics.nist.gov, 2011. [2017. június 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. május 11.) A fénysebesség, mint alapvető természeti állandó
  4. sulinet. [2010. április 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. november 8.)
  5. BIPM - Resolution 1 of the 24th CGPM. bipm.org, 2011. [2012. március 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. december 7.) „the speed of light in vacuum c is exactly 299 792 458 metre per second,”

További információk

szerkesztés
  NODES
Done 1
see 1